Réacteur chimique
La présente invention a pour objet un réacteur chimique à fonctionnement continu destiné à recevoir des matières pulvérulentes, granuleuses ou formées de morceaux.
Elle a notamment pour objet un tel réacteur susceptible d'être le siège de la réaction de formation de di- ou de poly-carboxylate aromatique à partir d'un mono- ou d'un di-carboxylate aromatique. En fait, l'appareil, objet de l'invention, est utilisé principalement pour la production de térephtalate dialcalin par le moyen de la réaction de réarrangement de Henkel.
On connaît déjà des appareils permettant d'effectuer cette réaction et travaillant, soit en continu, soit en discontinu.
Les appareils connus travaillant en discontinu présentent les inconvénients suivants
Le fonctionnement nécessite des puissances relativement grandes, de sorte que le coût de l'opération est relativement élevé.
Les conditions de la réaction ne sont pas stables, de sorte que le produit résultant de la réaction est de qualité irrégulière.
Les appareils ont une capacité unitaire relativement faible, de sorte qu'il est souvent nécessaire de les employer en batteries, ce qui augmente les frais d'installation.
Une augmentation du nombre des appareils entraîne, d'autre part, des frais d'entretien accrus et une augmentation du risque d'accidents.
Les appareils travaillant en continu présentent les défauts suivants
L'espace utile à l'intérieur du réacteur est relativement faible, de sorte que les dimensions totales de l'appareil sont très grandes par rapport à la capacité effective, ce qui augmente les frais d'installation et la place occupée par les appareils.
I1 est nécessaire de soumettre le matériel utilisé à l'intérieur des appareils à un traitement préalable destiné à permettre une séparation du produit de réaction des organes d'entraînement de l'appareil.
Si la séparation des produits de réaction ne se fait pas d'une façon parfaite, ces produits de réaction s'accumulent dans l'appareil sur les organes d'entraînement. La capacité de l'appareil diminue et les produits de réaction restent trop longtemps dans l'appareil, ce qui provoque une accélération de la réaction de décomposition.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients.
Pour cela, l'appareil à fonctionnement continu selon l'invention comprend un dispositif d'alimentation et un dispositif d'extraction des produits de réaction placés respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure de l'appareil et ce dernier comprend un organe de transport sans fin formé d'une série de récipients comprenant chacun au moins deux parois latérales et un fond indépendant, lesdites parois latérales et lesdits fonds étant entraînés de façon à se déplacer à la même vitesse. D'autre part, lesdites parois latérales sont entraînées de façon à parcourir un cycle durant un laps de temps plus grand que les fonds.
Le réacteur comprend enfin des moyens pour extraire les produits de réaction qui se trouvent dans lesdits récipients, ces moyens constituant un dispositif monté entre un organe d'entraînement à cycle rapide entraînant les fonds et un organe d'entraînement à cycle lent entraînant les parois latérales, le dispositif d'extraction étant placé au-dessus de la sortie des produits de réaction.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 en est une vue en coupe verticale;
la fig. 2 une vue en coupe transversale selon la ligne A-A de la fig. 1;
la fig. 3 une vue en coupe selon la ligne B-B de la fig. 1 ;
la fig. 4 une vue en coupe selon la ligne C-C de la fig. 1 ;
la fig. 5 une vue en élévation partielle à plus grande échelle de l'appareil représenté à la fig. 1
la fig. 6 une vue en coupe à plus grande échelle montrant un détail de l'appareil;
les fig. 7 à 9, des figures schématiques en coupe montrant des variantes de certains détails de l'appareil, et
les fig. 10 et 1 1 sont des vues en élévation partielle montrant comment les fonds sont connectés les uns aux autres.
On voit à la fig. 1 un réacteur cylindrique 1 fermé par un couvercle 2 et dans la partie supérieure duquel est située une tubulure d'introduction 3 pour le matériel de réaction et une tubulure d'entrée de gaz 17. Une tubulure de sortie 4 du produit de réaction est située à la partie inférieure du réacteur.
Ce dernier est équipé d'arbres rotatifs 13, 14 et 15 supportés par des paliers 21 solidaires de la paroi du réacteur 1. La tubulure d'admission 3 et la tubulure d'extraction 4 sont reliées toutes deux à des récipients (non représentés) alors que la tubulure d'entrée de gaz 17 est reliée à un générateur de gaz par le moyen de tuyauteries (non représentées). Le réacteur 1 et son couvercle 2 sont construits de façon à pouvoir être chauffés de l'extérieur par le moyen d'organes de chauffage 18 et 23.
L'arbre 13 porte une roue 9 et une roue 9' qui sont toutes deux calées sur cet arbre (fig. 2).
Deux roues 10 et 10' sont fixées de même sur l'arbre 14 comme on le voit à la fig. 3, alors que deux roues 1 1 et 12 sont fixées à l'arbre 15. Entre les roues 9 et 10 est montée une chaîne qui entraîne des plaques de base. Entre les roues 9', 1 1 est montée une seconde chaîne qui passe sur la roue 10' et qui entraîne des parois latérales. La roue 12 est une roue d'extraction des produits de réaction. Les roues 9 et 9' ainsi que les roues 10 et 10' ont respectivement le même diamètre, de sorte que la vitesse linéaire des plaques de base 5 entraînées par la chaîne correspondante, et des parois latérales 6 également entraînées par leurs chaînes, sont égales.
D'autre part, comme on le voit aux fig. 4 et 5, la roue d'extraction 12 est agencée de façon à ce que ses dents s'engagent entre les parois latérales 6 sans les toucher. Le rayon de cette roue mesuré au sommet des dents est supérieur à la distance entre l'axe de l'arbre 15 et l'arête inférieure des parois latérales 6, lorsque ces dernières tournent autour de cet arbre. Comme on le voit à la fig. 5, les dents de la roue 12 ont une forme trapézoïdale.
Les plaques de base 5 sont fixées à deux chaînes 7 par l'intermédiaire de bras 20.
Comme on le voit aux fig. 2 et 3, la chaîne 7 qui passe sur les roues 9 et 10 est tendue entre ces roues.
De même, les parois latérales 6 sont fixées par paires à deux chaînes 8 par l'intermédiaire de bras de support 19 et les chaînes 8 qui passent sur les roues 9', 10' et 1 i sont tendues entre les roues 9' et les roues 11. Les paires de parois latérales 6 et les fonds 5 constituent une série de récipients fermés chacun d'un côté par une plaque de séparation 16.
Ces récipients se déplacent à une vitesse uniforme à la partie supérieure de l'appareil qui, après avoir tourné dans un plan vertical se reconstituent à la partie inférieure et se déplacent le long de cette partie dans une direction inverse. On voit, en considérant la fig. 1, que les fonds décrivent un chemin qui est plus court que celui des parois latérales, de sorte que la durée de cycle des fonds est également plus courte que celle du cycle des parois latérales.
L'arbre 13 tourne dans le sens de la flèche A (fig. 1) et actionne les chaînes 7 et 8 qui entraînent respectivement les fonds 5 et les parois latérales 6 des récipients dans le sens de la flèche B à la partie supérieure de l'appareil. Chaque récipient effectue une rotation de 1800 autour de l'arbre 13, puis se déplace horizontalement à la partie inférieure de l'appareil dans le sens de la flèche C. Les fonds achèvent leur cycle en tournant de 1800 autour de l'arbre 14 dans le sens de la flèche D, alors que les parois latérales continuent leur déplacement horizontal jusqu'à ce qu'elles soient entraînées en rotation autour de l'arbre 15 dans le sens de la flèche E.
Ensuite, ces parois latérales décrivent un segment de chemin horizontal jusqu'à ce qu'elles se retrouvent sous la tubulure d'entrée 3 en conjonction avec les fonds. A la partie inférieure du réacteur est disposé un organe de guidage 22 constitué par une tôle incurvée qui entoure sur 1800 l'arbre 13.
Les produits tels que les sels d'acide phtaliques au moyen desquels on alimente le réacteur par la tubulure d'entrée 3, alors que le réacteur est chauffé par les dispositifs 18 et 23, pénètrent dans les récipients limités par les parois latérales 6, le fond 5 et les plaques de séparation 16. Le produit est chauffé au contact de l'atmosphère contenue dans le réacteur.
La réaction se produit durant le parcours du chemin supérieur dans le sens de la flèche B. Cette réaction est accélérée par la présence du gaz admis par la tubulure 17 et par l'action de la chaleur, de sorte que le produit se transforme en une masse de réaction.
Lorsque les récipients se renversent en tournant vers le bas sur les roues 9 et 9', les produits de réaction commencent à se déverser sur la plaque de guidage 22, puis sont entraînés dans la direction de la flèche C. Du fait des vibrations et des secousses que subissent les récipients, ces produits tombent sur la plaque 22 durant le parcours horizontal entre les arbres 13 et 14, même s'ils adhèrent au fond du récipient et ils sont finalement déchargés par la tubu lure de sortie 4. Au moment où chaque fond 5 se sépare des parois latérales correspondantes par suite de l'entraînement sur les roues 10 et 10', les produits de réaction qui pourraient rester à l'intérieur des parois latérales 6 se détachent et sont éjectés par l'action des dents de la roue 12. Ces restes de produits s'écoulent donc vers l'extérieur par la tubulure 4.
Les plaques de séparation 16 forment un cloisonnement qui sépare les produits de réaction et facilite leur entraînement sur les roues 9 et 9', de sorte que ces produits peuvent facilement être entraînés le long d'un chemin en demi-cercle. Ces plaques de séparation permettent également de limiter les dimensions des masses de matières formées par la réaction.
L'appareil décrit est applicable, par exemple, à la fabrication de di- ou de poly-carboxylate aromatique à partir de mono ou de di-carboxylate aromatique par les moyens de la réaction dite de Kolbe
Schmidt. Cette réaction forme un sel alcalin d'acide salicylique à partir d'un sel alcalin de phénol. L'appareil se prête également à l'accomplissement de la réaction qui forme un sel alcalin d'acide parahydroxybenzoïque, à partir d'un sel alcalin d'acide salicylique ou d'un sel alcalin de phénol. Cependant, cet appareil se prête particulièrement bien à l'exécution de la réaction par laquelle on forme le térephtalate di-alcalin par chauffage de benzoate mono- ou di-alcalin ou de phtalate mono- ou di-alcalin en présence d'un gaz inerte tel que le bioxyde de carbone, à une température de 300 à 5000 C.
Cette réaction est la réaction de Henkel. Il arrive parfois que le produit de réaction s'agglomère et forme des blocs dont les dimensions sont les mêmes ou même supérieures à celles des matières introduites dans le réacteur et que ces produits adhèrent aux fonds 5, aux plaques 16 et aux parois latérales 6, de façon telle qu'il soit difficile de les en séparer. Ce phénomène provient de ce que la matière introduite dans le réacteur par la tubulure 3 sous forme de poudre, de granulés ou d'éléments solides, s'agglomère par fusion au cours de la réaction pendant qu'elle se déplace dans la partie supérieure du réacteur. Comme les produits de réaction sont, en général, de nature très solide, le traitement de ces produits agglomérés présente des difficultés.
Cependant, on constate immédiatement qu'avec l'appareil décrit le produit de réaction se trouve subdivisé en blocs ayant au maximum la dimension du récipient. Ces blocs ne sont pas entièrement extraits des récipients lorsque ces derniers tournent sur les roues 9 et 9', mais ils viennent appuyer sur la plaque de guidage 22 ou restent collés au fond 5. D'autre part, ces blocs sont forcés de se détacher du récipient au moment où ce dernier tourne autour de l'arbre 13, de sorte qu'il est facile de les extraire de l'appareil.
On décrira encore ci-dessous en détail l'utilisation de l'appareil décrit dans le cas de la réaction de réarrangement de Henkel.
Pour cela, on alimente le réacteur en di-potassium phtalate sous forme de poudre ou sous une autre forme convenable. Cette matière est entraînée dans le réacteur qui est chauffé à une température comprise entre 360 et 4600 C, par les récipients formés des fonds 5, des parois 6 et des plaques 16, dans la direction de la flèche B. I1 fond durant ce parcours et s'agglomère, de sorte que la réaction a lieu.
Lorsque les parois latérales 6 et la plaque de séparation solidaire de ces parois atteignent un emplacement au-dessus de l'arbre 13, les récipients se séparent les uns des autres, en tournant autour de cet arbre dans la direction de la flèche A. A cet endroit, la plus grande partie du produit de réaction aggloméré se détache de la plaque de séparation 16, ainsi que des parois latérales 6. Le produit de réaction complètement détaché des récipients se déplace ensuite sous forme de morceaux dans le sens de la flèche C à la partie inférieure de l'appareil, en suivant les déplacements des récipients mais en étant guide par la plaque 22. Ces blocs sont ensuite extraits par la tubulure de sortie 4.
Les produits de réaction formés en majeure partie de di-potassium térephtalate, qui ne se sont pas entièrement détachés des parois 6 et des plaques de séparation 16, sont extraits par les dents de la roue 12 et tombent également dans l'ouverture de sortie 4. L'opération s'effectue de la même façon si l'on utilise un autre mono- ou di-carboxylate aromatique alcalin.
On constate que l'appareil décrit présente une capacité accrue par rapport aux appareils connus antérieurement car, non seulement la partie supérieure de l'appareil peut être utilisée pour effectuer la réaction, mais encore la partie inférieure que les produits parcourent dans le sens de la flèche C.
Le débit de l'appareil est considérablement accru.
La séparation des produits de réaction se fait automatiquement au moment où les fonds et les parois latérales sont animés d'un mouvement relatif. Cette séparation est enfin assurée également par la roue 12, de sorte que les quantités de produits de réaction restant dans l'appareil sont minimes.